Go語言中的Array、Slice、Map和Set使用詳解
Array(數(shù)組)
內部機制
在 Go 語言中數(shù)組是固定長度的數(shù)據(jù)類型，它包含相同類型的連續(xù)的元素，這些元素可以是內建類型，像數(shù)字和字符串，也可以是結構類型，元素可以通過唯一的索引值訪問，從 0 開始。
數(shù)組是很有價值的數(shù)據(jù)結構，因為它的內存分配是連續(xù)的，內存連續(xù)意味著可是讓它在 CPU 緩存中待更久，所以迭代數(shù)組和移動元素都會非常迅速。
數(shù)組聲明和初始化
通過指定數(shù)據(jù)類型和元素個數(shù)(數(shù)組長度)來聲明數(shù)組。
// 聲明一個長度為5的整數(shù)數(shù)組
var array [5]int
一旦數(shù)組被聲明了，那么它的數(shù)據(jù)類型跟長度都不能再被改變。如果你需要更多的元素，那么只能創(chuàng)建一個你想要長度的新的數(shù)組，然后把原有數(shù)組的元素拷貝過去。
Go 語言中任何變量被聲明時，都會被默認初始化為各自類型對應的 0 值，數(shù)組當然也不例外。當一個數(shù)組被聲明時，它里面包含的每個元素都會被初始化為 0 值。
一種快速創(chuàng)建和初始化數(shù)組的方法是使用數(shù)組字面值。數(shù)組字面值允許我們聲明我們需要的元素個數(shù)并指定數(shù)據(jù)類型：
// 聲明一個長度為5的整數(shù)數(shù)組
// 初始化每個元素
array := [5]int{7, 77, 777, 7777, 77777}
如果你把長度寫成 ...，Go 編譯器將會根據(jù)你的元素來推導出長度：
// 通過初始化值的個數(shù)來推導出數(shù)組容量
array := [...]int{7, 77, 777, 7777, 77777}
如果我們知道想要數(shù)組的長度，但是希望對指定位置元素初始化，可以這樣：
// 聲明一個長度為5的整數(shù)數(shù)組
// 為索引為1和2的位置指定元素初始化
// 剩余元素為0值
array := [5]int{1: 77, 2: 777}
使用數(shù)組
使用 [] 操作符來訪問數(shù)組元素：
array := [5]int{7, 77, 777, 7777, 77777}
// 改變索引為2的元素的值
array[2] = 1
我們可以定義一個指針數(shù)組：
array := [5]*int{0: new(int), 1: new(int)}
// 為索引為0和1的元素賦值
*array[0] = 7
*array[1] = 77
在 Go 語言中數(shù)組是一個值，所以可以用它來進行賦值操作。一個數(shù)組可以被賦值給任意相同類型的數(shù)組：
var array1 [5]string
array2 := [5]string{"Red", "Blue", "Green", "Yellow", "Pink"}
array1 = array2
注意數(shù)組的類型同時包括數(shù)組的長度和可以被存儲的元素類型，數(shù)組類型完全相同才可以互相賦值，比如下面這樣就不可以：
var array1 [4]string
array2 := [5]string{"Red", "Blue", "Green", "Yellow", "Pink"}
array1 = array2
// 編譯器會報錯
Compiler Error:
cannot use array2 (type [5]string) as type [4]string in assignment
拷貝一個指針數(shù)組實際上是拷貝指針值，而不是指針指向的值：
var array1 [3]*string
array2 := [3]*string{new(string), new(string), new(string)}
*array2[0] = "Red"
*array2[1] = "Blue"
*array2[2] = "Green"
array1 = array2
// 賦值完成后，兩組指針數(shù)組指向同一字符串
多維數(shù)組
數(shù)組總是一維的，但是可以組合成多維的。多維數(shù)組通常用于有父子關系的數(shù)據(jù)或者是坐標系數(shù)據(jù)：
// 聲明一個二維數(shù)組
var array [4][2]int
// 使用數(shù)組字面值聲明并初始化
array := [4][2]int{{10, 11}, {20, 21}, {30, 31}, {40, 41}}
// 指定外部數(shù)組索引位置初始化
array := [4][2]int{1: {20, 21}, 3: {40, 41}}
// 同時指定內外部數(shù)組索引位置初始化
array := [4][2]int{1: {0: 20}, 3: {1: 41}}
同樣通過 [] 操作符來訪問數(shù)組元素：
var array [2][2]int
array[0][0] = 0
array[0][1] = 1
array[1][0] = 2
array[1][1] = 3
也同樣的相同類型的多維數(shù)組可以相互賦值：
var array1 = [2][2]int
var array2 = [2][2]int
array[0][0] = 0
array[0][1] = 1
array[1][0] = 2
array[1][1] = 3
array1 = array2
因為數(shù)組是值，我們可以拷貝單獨的維：
var array3 [2]int = array1[1]
var value int = array1[1][0]
在函數(shù)中傳遞數(shù)組
在函數(shù)中傳遞數(shù)組是非常昂貴的行為，因為在函數(shù)之間傳遞變量永遠是傳遞值，所以如果變量是數(shù)組，那么意味著傳遞整個數(shù)組，即使它很大很大很大。。。
舉個栗子，創(chuàng)建一個有百萬元素的整形數(shù)組，在64位的機器上它需要8兆的內存空間，來看看我們聲明它和傳遞它時發(fā)生了什么：
var array [1e6]int
foo(array)
func foo(array [1e6]int) {
...
}
每一次 foo 被調用，8兆內存將會被分配在棧上。一旦函數(shù)返回，會彈棧并釋放內存，每次都需要8兆空間。
Go 語言當然不會這么傻，有更好的方法來在函數(shù)中傳遞數(shù)組，那就是傳遞指向數(shù)組的指針，這樣每次只需要分配8字節(jié)內存：
var array [1e6]int
foo(&array)
func foo(array *[1e6]int){
...
}
但是注意如果你在函數(shù)中改變指針指向的值，那么原始數(shù)組的值也會被改變。幸運的是 slice(切片)可以幫我們處理好這些問題，來一起看看。
Slice(切片)
內部機制和基礎
slice 是一種可以動態(tài)數(shù)組，可以按我們的希望增長和收縮。它的增長操作很容易使用，因為有內建的 append 方法。我們也可以通過 relice 操作化簡 slice。因為 slice 的底層內存是連續(xù)分配的，所以 slice 的索引，迭代和垃圾回收性能都很好。
slice 是對底層數(shù)組的抽象和控制。它包含 Go 需要對底層數(shù)組管理的三種元數(shù)據(jù)，分別是：
1.指向底層數(shù)組的指針
2.slice 中元素的長度
3.slice 的容量(可供增長的最大值)
創(chuàng)建和初始化
Go 中創(chuàng)建 slice 有很多種方法，我們一個一個來看。
第一個方法是使用內建的函數(shù) make。當我們使用 make 創(chuàng)建時，一個選項是可以指定 slice 的長度：
slice := make([]string, 5)
如果只指定了長度，那么容量默認等于長度。我們可以分別指定長度和容量：
slice := make([]int, 3, 5)
當我們分別指定了長度和容量，我們創(chuàng)建的 slice 就可以擁有一開始并沒有訪問的底層數(shù)組的容量。上面代碼的 slice 中，可以訪問3個元素，但是底層數(shù)組有5個元素。兩個與長度不相干的元素可以被 slice 來用。新創(chuàng)建的 slice 同樣可以共享底層數(shù)組和已存在的容量。
不允許創(chuàng)建長度大于容量的 slice：
slice := make([]int, 5, 3)
Compiler Error:
len larger than cap in make([]int)
慣用的創(chuàng)建 slice 的方法是使用 slice 字面量。跟創(chuàng)建數(shù)組很類似，不過不用指定 []里的值。初始的長度和容量依賴于元素的個數(shù)：
// 創(chuàng)建一個字符串 slice
// 長度和容量都是 5
slice := []string{"Red", "Blue", "Green", "Yellow", "Pink"}
在使用 slice 字面量創(chuàng)建 slice 時有一種方法可以初始化長度和容量，那就是初始化索引。下面是個例子：
// 創(chuàng)建一個字符串 slice
// 初始化一個有100個元素的空的字符串 slice
slice := []string{99: ""}
nil 和 empty slice
有的時候我們需要創(chuàng)建一個 nil slice，創(chuàng)建一個 nil slice 的方法是聲明它但不初始化它：
var slice []int
創(chuàng)建一個 nil slice 是創(chuàng)建 slice 最基本的方法，很多標準庫和內建函數(shù)都可以使用它。當我們想要表示一個并不存在的 slice 時它變得非常有用，比如一個返回 slice 的函數(shù)中發(fā)生異常的時候。
創(chuàng)建 empty slice 的方法就是聲明并初始化一下：
// 使用 make 創(chuàng)建
silce := make([]int, 0)
// 使用 slice 字面值創(chuàng)建
slice := []int{}
empty slice 包含0個元素并且底層數(shù)組沒有分配存儲空間。當我們想要表示一個空集合時它很有用處，比如一個數(shù)據(jù)庫查詢返回0個結果。
不管我們用 nil slice 還是 empty slice，內建函數(shù) append，len和cap的工作方式完全相同。
使用 slice
為一個指定索引值的 slice 賦值跟之前數(shù)組賦值的做法完全相同。改變單個元素的值使用 [] 操作符：
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
slice[1] = 25
我們可以在底層數(shù)組上對一部分數(shù)據(jù)進行 slice 操作，來創(chuàng)建一個新的 slice：
// 長度為5，容量為5
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
// 長度為2，容量為4
newSlice := slice[1:3]
在 slice 操作之后我們得到了兩個 slice，它們共享底層數(shù)組。但是它們能訪問底層數(shù)組的范圍卻不同，newSlice 不能訪問它頭指針前面的值。
計算任意 new slice 的長度和容量可以使用下面的公式：
對于 slice[i:j] 和底層容量為 k 的數(shù)組
長度：j - i
容量：k - i
必須再次明確一下現(xiàn)在是兩個 slice 共享底層數(shù)組，因此只要有一個 slice 改變了底層數(shù)組的值，那么另一個也會隨之改變：
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
newSlice := slice[1:3]
newSlice[1] = 35
改變 newSlice 的第二個元素的值，也會同樣改變 slice 的第三個元素的值。
一個 slice 只能訪問它長度范圍內的索引，試圖訪問超出長度范圍的索引會產生一個運行時錯誤。容量只可以用來增長，它只有被合并到長度才可以被訪問：
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
newSlice := slice[1:3]
newSlice[3] = 45
Runtime Exception:
panic: runtime error: index out of range
容量可以被合并到長度里，通過內建的 append 函數(shù)。
slice 增長
slice 比 數(shù)組的優(yōu)勢就在于它可以按照我們的需要增長，我們只需要使用 append 方法，然后 Go 會為我們做好一切。
使用 append 方法時我們需要一個源 slice 和需要附加到它里面的值。當 append 方法返回時，它返回一個新的 slice，append 方法總是增長 slice 的長度，另一方面，如果源 slice 的容量足夠，那么底層數(shù)組不會發(fā)生改變，否則會重新分配內存空間。
// 創(chuàng)建一個長度和容量都為5的 slice
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
// 創(chuàng)建一個新的 slice
newSlice := slice[1:3]
// 為新的 slice append 一個值
newSlice = append(newSlice, 60)
因為 newSlice 有可用的容量，所以在 append 操作之后 slice 索引為 3 的值也變成了 60，之前說過這是因為 slice 和 newSlice 共享同樣的底層數(shù)組。
如果沒有足夠可用的容量，append 函數(shù)會創(chuàng)建一個新的底層數(shù)組，拷貝已存在的值和將要被附加的新值：
// 創(chuàng)建長度和容量都為4的 slice
slice := []int{10, 20, 30, 40}
// 附加一個新值到 slice，因為超出了容量，所以會創(chuàng)建新的底層數(shù)組
newSlice := append(slice, 50)
append 函數(shù)重新創(chuàng)建底層數(shù)組時，容量會是現(xiàn)有元素的兩倍(前提是元素個數(shù)小于1000)，如果元素個數(shù)超過1000，那么容量會以 1.25 倍來增長。
slice 的第三個索引參數(shù)
slice 還可以有第三個索引參數(shù)來限定容量，它的目的不是為了增加容量，而是提供了對底層數(shù)組的一個保護機制，以方便我們更好的控制 append 操作，舉個栗子：
source := []string{"apple", "orange", "plum", "banana", "grape"}
// 接著我們在源 slice 之上創(chuàng)建一個新的 slice
slice := source[2:3:4]
新創(chuàng)建的 slice 長度為 1，容量為 2，可以看出長度和容量的計算公式也很簡單：
對于 slice[i:j:k] 或者 [2:3:4]
長度： j - i 或者 3 - 2
容量： k - i 或者 4 - 2
如果我們試圖設置比可用容量更大的容量，會得到一個運行時錯誤：
slice := source[2:3:6]
Runtime Error:
panic: runtime error: slice bounds out of range
限定容量最大的用處是我們在創(chuàng)建新的 slice 時候限定容量與長度相同，這樣以后再給新的 slice 增加元素時就會分配新的底層數(shù)組，而不會影響原有 slice 的值：
source := []string{"apple", "orange", "plum", "banana", "grape"}
// 接著我們在源 slice 之上創(chuàng)建一個新的 slice
// 并且設置長度和容量相同
slice := source[2:3:3]
// 添加一個新元素
slice = append(slice, "kiwi")
如果沒有第三個索引參數(shù)限定，添加 kiwi 這個元素時就會覆蓋掉 banana。
內建函數(shù) append 是一個變參函數(shù)，意思就是你可以一次添加多個元素，比如：
s1 := []int{1, 2}
s2 := []int{3, 4}
fmt.Printf("%v\n", append(s1, s2...))
Output:
[1 2 3 4]
迭代 slice
slice 也是一種集合，所以可以被迭代，用 for 配合 range 來迭代：
slice := []int{10, 20, 30, 40, 50}
for index, value := range slice {
fmt.Printf("Index: %d Value: %d\n", index, value)
}
Output:
Index: 0 Value: 10
Index: 1 Value: 20
Index: 2 Value: 30
Index: 3 Value: 40
Index: 4 Value: 50
當?shù)鷷r range 關鍵字會返回兩個值，第一個是索引值，第二個是索引位置值的拷貝。注意：返回的是值的拷貝而不是引用，如果我們把值的地址作為指針使用，會得到一個錯誤，來看看為啥：
slice := []int{10, 20, 30 ,40}
for index, value := range slice {
fmt.Printf("Value: %d Value-Addr: %X ElemAddr: %X\n", value, &value, &slice[index])
}
Output:
Value: 10 Value-Addr: 10500168 ElemAddr: 1052E100
Value: 20 Value-Addr: 10500168 ElemAddr: 1052E104
Value: 30 Value-Addr: 10500168 ElemAddr: 1052E108
Value: 40 Value-Addr: 10500168 ElemAddr: 1052E10C
value 變量的地址總是相同的因為它只是包含一個拷貝。如果想得到每個元素的真是地址可以使用 &slice[index]。
如果不需要索引值，可以使用 _ 操作符來忽略它：
slice := []int{10, 20, 30, 40}
for _, value := range slice {
fmt.Printf("Value: %d\n", value)
}
Output:
Value: 10
Value: 20
Value: 30
Value: 40
range 總是從開始一次遍歷，如果你想控制遍歷的step，就用傳統(tǒng)的 for 循環(huán)：
slice := []int{10, 20, 30, 40}
for index := 2; index < len(slice); index++ {
fmt.Printf("Index: %d Value: %d\n", index, slice[index])
}
Output:
Index: 2 Value: 30
Index: 3 Value: 40
同數(shù)組一樣，另外兩個內建函數(shù) len 和 cap 分別返回 slice 的長度和容量。
多維 slice
也是同數(shù)組一樣，slice 可以組合為多維的 slice：
slice := [][]int{{10}, {20, 30}}
需要注意的是使用 append 方法時的行為，比如我們現(xiàn)在對 slice[0] 增加一個元素：
slice := [][]int{{10}, {20, 30}}
slice[0] = append(slice[0], 20)
那么只有 slice[0] 會重新創(chuàng)建底層數(shù)組，slice[1] 則不會。
在函數(shù)間傳遞 slice
在函數(shù)間傳遞 slice 是很廉價的，因為 slice 相當于是指向底層數(shù)組的指針，讓我們創(chuàng)建一個很大的 slice 然后傳遞給函數(shù)調用它：
slice := make([]int, 1e6)
slice = foo(slice)
func foo(slice []int) []int {
...
return slice
}
Map
內部機制
map 是一種無序的鍵值對的集合。map 最重要的一點是通過 key 來快速檢索數(shù)據(jù)，key 類似于索引，指向數(shù)據(jù)的值。
map 是一種集合，所以我們可以像迭代數(shù)組和 slice 那樣迭代它。不過，map 是無序的，我們無法決定它的返回順序，這是因為 map 是使用 hash 表來實現(xiàn)的。
map 的 hash 表包含了一個桶集合(collection of buckets)。當我們存儲，移除或者查找鍵值對(key/value pair)時，都會從選擇一個桶開始。在映射(map)操作過程中，我們會把指定的鍵值(key)傳遞給 hash 函數(shù)(又稱散列函數(shù))。hash 函數(shù)的作用是生成索引，索引均勻的分布在所有可用的桶上。hash 表算法詳見：July的博客—從頭到尾徹底解析 hash 表算法
創(chuàng)建和初始化
Go 語言中有多種方法創(chuàng)建和初始化 map。我們可以使用內建函數(shù) make 也可以使用 map 字面值：
// 通過 make 來創(chuàng)建
dict := make(map[string]int)
// 通過字面值創(chuàng)建
dict := map[string]string{"Red": "#da1337", "Orange": "#e95a22"}
使用字面值是創(chuàng)建 map 慣用的方法(為什么不使用make)。初始化 map 的長度依賴于鍵值對的數(shù)量。
map 的鍵可以是任意內建類型或者是 struct 類型，map 的值可以是使用 ==操作符的表達式。slice，function 和 包含 slice 的 struct 類型不可以作為 map 的鍵，否則會編譯錯誤：
dict := map[[]string]int{}
Compiler Exception:
invalid map key type []string
使用 map
給 map 賦值就是指定合法類型的鍵，然后把值賦給鍵：
colors := map[string]string{}
colors["Red"] = "#da1337"
如果不初始化 map，那么就會創(chuàng)建一個 nil map。nil map 不能用來存放鍵值對，否則會報運行時錯誤：
var colors map[string]string
colors["Red"] = "#da1337"
Runtime Error:
panic: runtime error: assignment to entry in nil map
測試 map 的鍵是否存在是 map 操作的重要部分，因為它可以讓我們判斷是否可以執(zhí)行一個操作，或者是往 map 里緩存一個值。它也可以被用來比較兩個 map 的鍵值對是否匹配或者缺失。
從 map 里檢索一個值有兩種選擇，我們可以同時檢索值并且判斷鍵是否存在：
value, exists := colors["Blue"]
if exists {
fmt.Println(value)
}
另一種選擇是只返回值，然后判斷是否是零值來確定鍵是否存在。但是只有你確定零值是非法值的時候這招才管用：
value := colors["Blue"]
if value != "" {
fmt.Println(value)
}
當索引一個 map 取值時它總是會返回一個值，即使鍵不存在。上面的例子就返回了對應類型的零值。
迭代一個 map 和迭代數(shù)組和 slice 是一樣的，使用 range 關鍵字，不過在迭代 map 時我們不使用 index/value 而使用 key/value 結構：
colors := map[string]string{
"AliceBlue": "#f0f8ff",
"Coral": "#ff7F50",
"DarkGray": "#a9a9a9",
"ForestGreen": "#228b22",
}
for key, value := range colors {
fmt.Printf("Key: %s Value: %s\n", key, value)
}
如果我們想要從 map 中移除一個鍵值對，使用內建函數(shù) delete(要是也能返回移除是否成功就好了，哎。。。)：
delete(colors, "Coral")
for key, value := range colors {
fmt.Println("Key: %s Value: %s\n", key, value)
}
在函數(shù)間傳遞 map
在函數(shù)間傳遞 map 不是傳遞 map 的拷貝。所以如果我們在函數(shù)中改變了 map，那么所有引用 map 的地方都會改變：
func main() {
colors := map[string]string{
"AliceBlue": "#f0f8ff",
"Coral": "#ff7F50",
"DarkGray": "#a9a9a9",
"ForestGreen": "#228b22",
}
for key, value := range colors {
fmt.Printf("Key: %s Value: %s\n", key, value)
}
removeColor(colors, "Coral")
for key, value := range colors {
fmt.Printf("Key: %s Value: %s\n", key, value)
}
}
func removeColor(colors map[string]string, key string) {
delete(colors, key)
}
執(zhí)行會得到以下結果：
Key: AliceBlue Value: #F0F8FF
Key: Coral Value: #FF7F50
Key: DarkGray Value: #A9A9A9
Key: ForestGreen Value: #228B22
Key: AliceBlue Value: #F0F8FF
Key: DarkGray Value: #A9A9A9
Key: ForestGreen Value: #228B22
可以看出來傳遞 map 也是十分廉價的，類似 slice。
Set
Go 語言本身是不提供 set 的，但是我們可以自己實現(xiàn)它，下面就來試試：
package main
import(
"fmt"
"sync"
)
type Set struct {
m map[int]bool
sync.RWMutex
}
func New() *Set {
return &Set{
m: map[int]bool{},
}
}
func (s *Set) Add(item int) {
s.Lock()
defer s.Unlock()
s.m[item] = true
}
func (s *Set) Remove(item int) {
s.Lock()
s.Unlock()
delete(s.m, item)
}
func (s *Set) Has(item int) bool {
s.RLock()
defer s.RUnlock()
_, ok := s.m[item]
return ok
}
func (s *Set) Len() int {
return len(s.List())
}
func (s *Set) Clear() {
s.Lock
defer s.Unlock()
s.m = map[int]bool{}
}
func (s *Set) IsEmpty() bool {
if s.Len() == 0 {
return true
}
return false
}
func (s *Set) List() []int {
s.RLock()
defer s.RUnlock()
list := []int{}
for item := range s.m {
list = append(list, item)
}
return list
}
func main() {
// 初始化
s := New()
s.Add(1)
s.Add(1)
s.Add(2)
s.Clear()
if s.IsEmpty() {
fmt.Println("0 item")
}
s.Add(1)
s.Add(2)
s.Add(3)
if s.Has(2) {
fmt.Println("2 does exist")
}
s.Remove(2)
s.Remove(3)
fmt.Println("list of all items", S.List())
}
注意我們只是使用了 int 作為鍵，你可以自己實現(xiàn)用 interface{} 作為鍵，做成更通用的 Set，另外，這個實現(xiàn)是線程安全的。
總結
1.數(shù)組是 slice 和 map 的底層結構。
2.slice 是 Go 里面慣用的集合數(shù)據(jù)的方法，map 則是用來存儲鍵值對。
3.內建函數(shù) make 用來創(chuàng)建 slice 和 map，并且為它們指定長度和容量等等。slice 和 map 字面值也可以做同樣的事。
4.slice 有容量的約束，不過可以通過內建函數(shù) append 來增加元素。
5.map 沒有容量一說，所以也沒有任何增長限制。
6.內建函數(shù) len 可以用來獲得 slice 和 map 的長度。
7.內建函數(shù) cap 只能作用在 slice 上。
8.可以通過組合方式來創(chuàng)建多維數(shù)組和 slice。map 的值可以是 slice 或者另一個 map。slice 不能作為 map 的鍵。
9.在函數(shù)之間傳遞 slice 和 map 是相當廉價的，因為他們不會傳遞底層數(shù)組的拷貝。
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